高能量密度動(dòng)力鋰電正極三元材料的研究進(jìn)展
圖為當升科技陳彥彬副總經(jīng)理做會(huì )議演講
為了幫助企業(yè)客觀(guān)分析2016年動(dòng)力電池行業(yè)運行情況，正確把握行業(yè)發(fā)展趨勢，加大動(dòng)力及儲能電池的開(kāi)發(fā)應用，由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì )和電池中國網(wǎng)聯(lián)合主辦，雙登集團股份有限公司、壹能（北京）網(wǎng)絡(luò )科技有限公司共同承辦的“2016年第五屆中國電池市場(chǎng)年會(huì )暨2016年第一屆動(dòng)力電池應用國際峰會(huì )、2016年第二屆中國電池行業(yè)智能制造研討會(huì )”于11月14日在北京拉開(kāi)帷幕。本次年會(huì )聚集了來(lái)自政府主管部門(mén)領(lǐng)導、知名科研機構專(zhuān)家、新能源汽車(chē)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈上中下游的企業(yè)家、投資機構代表以及媒體記者等500多人參會(huì )。
在本次會(huì )議上，北京當升科技股份有限公司技術(shù)副總經(jīng)理陳彥彬做了題為《高能量密度動(dòng)力鋰電正極三元材料的研究進(jìn)展》的專(zhuān)題報告，以下是根據速記整理的內容，未經(jīng)本人審核，僅供參考。
下面有請當升科技陳彥彬總經(jīng)理，他介紹當升科技在高能量密度三元材料的研發(fā)進(jìn)展。
陳彥彬：非常高興有機會(huì )來(lái)介紹一下我們在三元材料方面的研究進(jìn)展。首先簡(jiǎn)單介紹一下公司的基本情況，簡(jiǎn)單過(guò)一下，最早我們是礦冶總院課題組，2000年做鈷酸鋰，2010年上市，上市之后參股了長(cháng)沙星城微晶石墨，去年我們并購一個(gè)重鼎高科，做智能裝備的一個(gè)公司。在正極材料方面，當升一直走在行業(yè)的前列，我們曾經(jīng)被認為國家技術(shù)創(chuàng )新的示范企業(yè)，去年我們也被發(fā)改委認定為國家企業(yè)，目前是正極材料里面唯一的技術(shù)中心。在三個(gè)產(chǎn)品系列里邊，我們開(kāi)發(fā)了40多款產(chǎn)品，這里邊基本上都是率先出口日韓市場(chǎng)，我們目前累計銷(xiāo)售，截止去年達到50億，今年一年應該有超過(guò)10多個(gè)億，這個(gè)得益于動(dòng)力電池市場(chǎng)的爆發(fā)。
我們是繼優(yōu)尼科之后在中日韓三個(gè)市場(chǎng)，這里邊有很多我們的客戶(hù)，如果細心的朋友可能會(huì )查閱海關(guān)的數據，目前三元材料出口這一塊，當升的材料能占到一半以上，而且價(jià)格非常高，這里面主要我們是做動(dòng)力和國際上的一些高端的這樣一些單子，講差價(jià)折合人民幣應該差2萬(wàn)多塊錢(qián)。當升的優(yōu)勢，我們的產(chǎn)品序列比較全，面對客戶(hù)群比較廣，我們的技術(shù)集中度比較高，從前軀體到正極材料我們有配套的開(kāi)發(fā)。第三個(gè)，做國際客戶(hù)很多都是定制化的產(chǎn)品。第四個(gè)，我們從2006年開(kāi)始做國際市場(chǎng)，經(jīng)過(guò)了這么多年的考驗。第五個(gè)，我們正極材料產(chǎn)能規模比較大，尤其是我們動(dòng)力電池材料的工廠(chǎng)。第六個(gè)，我們高端客戶(hù)資源比較好。
從技術(shù)趨勢來(lái)講，市場(chǎng)趨勢來(lái)講，第一個(gè)是電力公司，這個(gè)發(fā)展是不可逆轉的，第二，正極材料、三元材料逐步過(guò)渡到三元材料為主，有人預測2020年三元材料，包括NMC，占比能接近80%，523做到200Wh/kg，近期申報創(chuàng )新工程的時(shí)候，我看大多數采用811或者NMC，當然也有做622，還有做300Wh/kg的體系。從提升能量，通過(guò)提升鎳含量，能量不斷提升，都可以達到相同的能量密度。采取什么樣的路線(xiàn)，還要看我們的技術(shù)基礎，先走高鎳還是走高電壓。整體上從國際趨勢來(lái)看，包括采取的路線(xiàn)都是先走高電耗，然后做高電壓。這里邊我也提一下，高鎳材料終極目標是811，但是811是80以上，接近90，后面過(guò)一些。另一個(gè)可選的就是NC，應用上來(lái)講，811更占上風(fēng)一些，我看后邊也有一些數據，結合目前主要硬殼電池，但是安全性方面還是有很大的短板，所以811的材料更具有前途。
當升，剛才講的，我們針對車(chē)這一塊，主要做高能量密度，是高鎳化的，也做一些中高鎳的高電壓，同時(shí)從體驗性而典，我們高密度的前軀體做高密度的正極材料，同時(shí)我們會(huì )從前軀體、燒結、摻雜、表面處理等提升他的壽命和提升的安全性。這是我們做的一些產(chǎn)品，BCD就是我們以622為例，我們做容量型的，做倍率型的，或者做長(cháng)壽命的，還有最右邊的顆粒，我們做快充的，這方面所需要的前軀體，小到3微米，大到20多微米，這種高密度材料，我們都可以做，而且保證壽命、容量、倍率等等這些特性。第二，比較重要的摻雜，摻什么元素，是氫氧化物、氧化物還是其他的東西，尤其是一些氫元素，我們知道做NCA的時(shí)候，像韓國NCA干法燒結的時(shí)候再加進(jìn)去，但是說(shuō)這種氫元素要有效的摻雜進(jìn)去，還是有很多的挑戰。
包括技術(shù)也很重要，因為是一個(gè)超強氧化的東西，怎么樣通過(guò)包覆提升4.5V、45度下的高溫壽命，當然除了循環(huán)還有存儲等等這些東西。當升也開(kāi)發(fā)了很多的包覆技術(shù)，而且用多元素的包覆，使性能提升，當然包覆表面處理的東西，提升性能的同時(shí)他的容量倍率還是可以保持。
我們的523方面目前這幾款材料，前面這兩點(diǎn)我們數碼的材料，燒一遍就出貨了，賣(mài)掉了，后面三種是作為長(cháng)壽命的材料，從前軀體燒結，包括摻雜包覆做了這么幾款材料。12微米的能量型的材料，第二個(gè)就是5微米的快充的材料，還有最后一個(gè)是做我們儲能ESS應用的。
我們這個(gè)產(chǎn)品可以看到，產(chǎn)品的表面是很多納米粉的包覆，而且是均勻的包覆，這個(gè)雜質(zhì)是比較低的，納米粉存在表面，比較高，并不降低安全性，反而提升安全性。包括我們做了一個(gè)全面池，國內一款材料做對比，我們看到厚度增加只有3.4%，密度增加只有4.9%，所以他在電池的高溫存儲的穩定性是非常高的，因為電池存儲，內阻上升，內阻上升可能會(huì )發(fā)熱，影響壽命還影響安全性。我們也做了壽命的測試，我們實(shí)驗室做的一個(gè)軟報電池，我們實(shí)驗室可以做到2000周以上的常溫壽命，高溫是800周，但是電池廠(chǎng)制作水平比我們高，這是我們客戶(hù)，能量密度達到210Wh/kg，他的高溫可以做到2000周以上，國內車(chē)長(cháng)一般1200周，寶馬1600周，我們能量、壽命、存儲特性是非常好的。也有客戶(hù)測高電壓，60度4.35V，500周作為評價(jià)的體系保持82%，滿(mǎn)足他高電壓的應用但是實(shí)際應用上先是走常壓，然后一步一步做到高壓。這是我們5E5這款材料，主要是對準韓國333的材料工藝型的應用，同樣我們也是把顆粒做小，通過(guò)包覆的辦法，從克比容量上，比333高出10毫安時(shí)以上，但是存儲，看右邊倒數第二列，我們做85度4小時(shí)故障只有0.8%，和333不是一個(gè)量級的，也可以看到它的穩定性非常好，我們也做了常溫壽命和高溫壽命是和333達到同樣的水準，這是國內一個(gè)比較大的客戶(hù)，做了高溫、高倍率的充電，可以看到壽命是非常好的。多下邊的圖，333大概31天，增加5%，我們只有12%，他的高溫存儲特性非常好，不光壽命可以達到這個(gè)水平。
這是韓國的一個(gè)客戶(hù)，評價(jià)的幾款材料，是在45度下，他的循環(huán)壽命非常好，目前是在歐美的一些儲能，包括特斯拉，包括一些歐洲的儲能項目已經(jīng)批量應用，下面介紹622材料，我們對標的材料也是韓國的一款材料，看到這個(gè)材料是表面包覆的，我們的6A也是表面包覆，表面浮點(diǎn)看不到的，除了表面的包覆還進(jìn)了微孔內部，電解液進(jìn)入微孔內部穩定性也是比較好的。我們和國外的材料比，我們的密度2.78，他的只有2.4點(diǎn)幾，高出0.3，容量應該高出1—2個(gè)毫安時(shí)。我們測了容量倍率，藍色得閑是我們的，紅色的是韓國同行的，更大的差異是在壽命，最上面藍色的是我們的材料，紅色的是韓國的，黑色的是國內的一款。
這個(gè)是30安時(shí)的，這個(gè)是北汽新能源用的30安時(shí)的電池，我們和韓國SK，可以看到左邊這個(gè)圖，一級充電，兩級放電，我們的壽命2600周還保持這樣的壽命，他的壽命4000周以?xún)?，國內客?hù)也能做到3000周左右，常高溫能做到1600周，另外我們低溫特性，特問(wèn)充電、低溫放電藍色那一圈都是我們的數據，北京SK副總講電池低溫充電特性非常好，冬天照樣80安充電，國內的電池可能磷酸鐵鋰電池冬天加熱才能充電，我們直接不需要加熱就可以充電，這個(gè)電池做的非常牛。綜合來(lái)講，我們這個(gè)材料比韓國同行的有四大性能優(yōu)勢，一個(gè)是密度比較高，第二，容量高，低溫特性非常好，循環(huán)壽命應該說(shuō)行業(yè)認可度非常高。811我們現在也在開(kāi)發(fā)，因為811市場(chǎng)上我們對標的是日本的NCA，堿性雜質(zhì)，我們做到總堿量在0.6左右，已經(jīng)接近622的水平，實(shí)際上產(chǎn)業(yè)化應用不會(huì )出現這樣的問(wèn)題。目前的容量做到205毫安時(shí)/克。
這個(gè)材料做完以后，第二個(gè)解決的問(wèn)題是高鎳化的壽命會(huì )不會(huì )有問(wèn)題，我們622做了電池的對比，容量在提升20毫安時(shí)的基礎上壽命是沒(méi)有問(wèn)題的。我們也和NCA做了對比，黑色的線(xiàn)就是我們從日本拿來(lái)的NCA，紅色的線(xiàn)是我們的材料，比NCA好很多，主要原因是NCA剛才講，堿性雜質(zhì)比較高，要通過(guò)水洗，表面洗下來(lái)，結果可能結構里面也洗下來(lái)，這樣對他水洗前面的壽命傷害還是比較大的，我們采取的辦法，是通過(guò)包覆，把表面的殘余反應掉，形成一個(gè)離子可以自由進(jìn)出的包覆層，形成穩定材料性能的同時(shí)它的容量倍率各方面都能夠保持下來(lái)。我們也做了電池，目前是100%的DOD下600周，還有96%的保持率，這個(gè)材料到2000周以上肯定沒(méi)有問(wèn)題，還是基于我們的電池技術(shù)，國內這些比較優(yōu)秀的電池廠(chǎng)，我想可能還會(huì )接近我們622的水平，國內3000周，國際的一些電池可能做到4000周這樣的水平。
NCA，我們也在研究，但是投入的精力沒(méi)有811那么大，所以剛才的數據，我們更看重811，我們做了一年時(shí)間，可以看到現在的性能已經(jīng)遠遠超過(guò)市場(chǎng)比較好的，不能說(shuō)最好，最好的可能還沒(méi)有拿到，應該是比較好的NCA的水平。我們實(shí)驗室的NCA也能做到200零幾毫安時(shí)的水平，雖然我們顆粒比較大13微米，但是容量倍率還是不錯的，包括壽命。
最后一塊，產(chǎn)品做的好，裝備也是非常重要的，我們上市的項目，在南通的海門(mén)，我們計劃投資20億，建成5萬(wàn)噸的產(chǎn)能，每年都在建設，對于現場(chǎng)的整個(gè)環(huán)境到裝備、到流程方方面面做的比較細，這個(gè)工廠(chǎng)是基于韓國和日本同行比較先進(jìn)的生產(chǎn)線(xiàn)的基礎上優(yōu)美出來(lái)的東西，因為相信日韓的很多包括國內的電池企業(yè)也到江蘇當升看過(guò)，非常非常認可，目前這個(gè)線(xiàn)可以控制到幾個(gè)PPB的水平，因為水分可以做到幾十個(gè)PPM，我們的線(xiàn)連續式大產(chǎn)能自動(dòng)化的生產(chǎn)設計，每條線(xiàn)單線(xiàn)的產(chǎn)能可以做到千噸。這個(gè)工廠(chǎng)經(jīng)過(guò)了企業(yè)認證，我們今年上半年審核通過(guò)。
小結，第一，做高能量密度三元材料動(dòng)力電池除了之外別無(wú)選擇。第二，高鎳化相對于高電壓來(lái)講還是首選的方向。當然523，在2.2安時(shí)以下，包括現在2.4安時(shí)還有一些應用。622和811，622今年的圓柱形電池軟包用量很大，明后年，我們了解到的現在很多工廠(chǎng)已經(jīng)停止了523電池的開(kāi)發(fā)，直接跳到622，因為VDA的電池要做到48安時(shí)也是523就可以考慮，所以我們知道很多廠(chǎng)商，811明年會(huì )在圓柱電池上有一些應用，可能后年這些軟包電池會(huì )起量。第三，要做高鎳材料解決壽命、存儲安全等方面，需要從前軀體、潮解、摻雜、表面各個(gè)環(huán)節做到最優(yōu)化。第四，高效率、高可靠性的生產(chǎn)裝備是做高端、高能量電池材料的重要的硬件基礎。第五，可靠的品質(zhì)保障必不可少。
我的匯報完了，謝謝大家！
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